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Durch den radioaktiven Zerfall eines [[Radionuklid|Radionuklids]] entsteht Energie, die in Form von Strahlung freigesetzt wird. Diese Energie kann mit Hilfe eines Wandlers in elektrische Energie umgesetzt werden.
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* '''AMTEC:''' Der ''Alkali-Metal Thermal to Electric Converter'' nutzt Komponenten der Natrium-Schwefel-Batterie. Der Aufbau ähnelt einer Brennstoffzelle: Durch die Wärme des Radionuklides verdampftes Natrium wird durch einen Festelektrolyt aus Aluminiumoxid-Keramik gedrückt. Da die Keramik nur Na+-Ionen leitet, muss das Elektron über einen Verbraucher zum anderen Ende der Keramik fließen. Dort vereinigen sich Natriumion und Elektron und werden an einem Kondensator verflüssigt. Das flüssige Natrium wird mit Hilfe einer magnetohydrodynamischen Pumpe zum Verdampfer transportiert, der Kreislauf beginnt von vorne. Der Wirkungsgrad liegt bei 15 bis 25 Prozent, in Zukunft werden bis zu 40 Prozent für möglich gehalten.
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* '''Betavoltaik:''' Hier wird dasselbe Prinzip genutzt, dass auch bei der Photovoltaik genutzt wird, nur dass in diesem Fall die [[Betastrahlung]] der radioaktiven Elemente in einem Halbleiter in elektrischen Strom umgewandelt wird.
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* '''Stirlingmotor:''' Die radioaktive Zerfallswärme kann auch in einer Kraftmaschine genutzt werden. Bei einem ''Stirling Radioisotope Generator'' (SRG) treibt die von den Radioisotopen erzeugte Wärme einen Stirlingmotor an. Sein Wirkungsgrad (20 bis 30 Prozent) ist höher als bei thermoelektrischen Elementen, im Gegensatz zu thermoelektrischen oder AMTEC-Wandlern benutzt er allerdings bewegte Teile.
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* '''Thermoelement:''' Die Wärme des Radionuklids wird an ein Peltier-Element geführt, dessen andere Seite gekühlt wird, so dass durch den Seebeck-Effekt eine elektrische Spannung entsteht. Diese Art ist bei Radionuklidbatterien die gebräuchlichste. Die Bauweise besteht aus einem Metallzylinder, in dessen Wand die Thermoelemente eingelassen sind. Er besitzt an seiner Außenwand Kühlrippen, um die von den Radionukliden erzeugte Wärme abzugeben und so die für den Betrieb der Thermoelemente notwendige Temperaturdifferenz herzustellen. Der Wirkungsgrad liegt bei 3 bis 8 Prozent.
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* '''Thermovoltaik:''' Thermophotovoltaic cells work by the same principles as a photovoltaic cell, except that they convert infrared light (rather than visible light) emitted by a hot surface, into electricity. Thermophotovoltaic cells have an efficiency slightly higher than thermoelectric couples and can be overlaid on thermoelectric couples, potentially doubling efficiency. The University of Houston TPV Radioisotope Power Conversion Technology development effort is aiming at combining thermophotovoltaic cells concurrently with thermocouples to provide a 3- to 4-fold improvement in system efficiency over current thermoelectric radioisotope generators. 🤔
  
 
== Radionuklide ==
 
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== Nuklide ==
  
 
== Anwendungen ==
 
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Am U.S. Air Force Research Laboratory<ref>U.S. Air Force Research Laboratory http://www.wpafb.af.mil/afrl/</ref> gelang die Herstellung einer Batterie mit einer Lebensdauer von 30 Jahren.<ref>[http://www.nextenergynews.com/news1/next-energy-news-betavoltaic-10.1.html Scientists Invent 30 Year Continuous Power Laptop Battery], NextEnergyNews, 1. Oktober 2007</ref> Seit den 2010er Jahren wird [[Tritium]] als Material verwendet. Die amerikanische Firma 'City Labs' bietet NanoTritium-Batterien mit einer Lebensdauer von 20 Jahren im Bereich der Mikroelektronik für Anwendungen wie medizinische Implantate und Langzeitsensoren an.<ref>[http://www.citylabs.net/index.php?option=com_wrapper&view=wrapper&Itemid=20] auf www.citylabs.net; Abgerufen am 16. Februar 2015</ref>
 
== Einzelnachweise ==
 
== Einzelnachweise ==
  

Version vom 9. Februar 2020, 16:11 Uhr

Prinzip

Durch den radioaktiven Zerfall eines Radionuklids entsteht Energie, die in Form von Strahlung freigesetzt wird. Diese Energie kann mit Hilfe eines Wandlers in elektrische Energie umgesetzt werden.


Konverter

  • AMTEC: Der Alkali-Metal Thermal to Electric Converter nutzt Komponenten der Natrium-Schwefel-Batterie. Der Aufbau ähnelt einer Brennstoffzelle: Durch die Wärme des Radionuklides verdampftes Natrium wird durch einen Festelektrolyt aus Aluminiumoxid-Keramik gedrückt. Da die Keramik nur Na+-Ionen leitet, muss das Elektron über einen Verbraucher zum anderen Ende der Keramik fließen. Dort vereinigen sich Natriumion und Elektron und werden an einem Kondensator verflüssigt. Das flüssige Natrium wird mit Hilfe einer magnetohydrodynamischen Pumpe zum Verdampfer transportiert, der Kreislauf beginnt von vorne. Der Wirkungsgrad liegt bei 15 bis 25 Prozent, in Zukunft werden bis zu 40 Prozent für möglich gehalten.
  • Betavoltaik: Hier wird dasselbe Prinzip genutzt, dass auch bei der Photovoltaik genutzt wird, nur dass in diesem Fall die Betastrahlung der radioaktiven Elemente in einem Halbleiter in elektrischen Strom umgewandelt wird.
  • Stirlingmotor: Die radioaktive Zerfallswärme kann auch in einer Kraftmaschine genutzt werden. Bei einem Stirling Radioisotope Generator (SRG) treibt die von den Radioisotopen erzeugte Wärme einen Stirlingmotor an. Sein Wirkungsgrad (20 bis 30 Prozent) ist höher als bei thermoelektrischen Elementen, im Gegensatz zu thermoelektrischen oder AMTEC-Wandlern benutzt er allerdings bewegte Teile.
  • Thermoelement: Die Wärme des Radionuklids wird an ein Peltier-Element geführt, dessen andere Seite gekühlt wird, so dass durch den Seebeck-Effekt eine elektrische Spannung entsteht. Diese Art ist bei Radionuklidbatterien die gebräuchlichste. Die Bauweise besteht aus einem Metallzylinder, in dessen Wand die Thermoelemente eingelassen sind. Er besitzt an seiner Außenwand Kühlrippen, um die von den Radionukliden erzeugte Wärme abzugeben und so die für den Betrieb der Thermoelemente notwendige Temperaturdifferenz herzustellen. Der Wirkungsgrad liegt bei 3 bis 8 Prozent.
  • Thermovoltaik: Thermophotovoltaic cells work by the same principles as a photovoltaic cell, except that they convert infrared light (rather than visible light) emitted by a hot surface, into electricity. Thermophotovoltaic cells have an efficiency slightly higher than thermoelectric couples and can be overlaid on thermoelectric couples, potentially doubling efficiency. The University of Houston TPV Radioisotope Power Conversion Technology development effort is aiming at combining thermophotovoltaic cells concurrently with thermocouples to provide a 3- to 4-fold improvement in system efficiency over current thermoelectric radioisotope generators. 🤔

Radionuklide

Nuklide

Anwendungen

Am U.S. Air Force Research Laboratory[1] gelang die Herstellung einer Batterie mit einer Lebensdauer von 30 Jahren.[2] Seit den 2010er Jahren wird Tritium als Material verwendet. Die amerikanische Firma 'City Labs' bietet NanoTritium-Batterien mit einer Lebensdauer von 20 Jahren im Bereich der Mikroelektronik für Anwendungen wie medizinische Implantate und Langzeitsensoren an.[3]

Einzelnachweise

https://medium.com/war-is-boring/powering-the-militarys-future-batteries-nuclear-style-472975d7de8

https://citylabs.net/products/

https://phys.org/news/2018-06-prototype-nuclear-battery-power.html

https://phys.org/news/2016-11-diamond-age-power-nuclear-batteries.html

https://www.researchgate.net/profile/C-K_Wang/publication/4154123_GaN_betavoltaic_energy_converters/links/56d8a4b708aebabdb40d1e08/GaN-betavoltaic-energy-converters.pdf

http://www.ecf.utoronto.ca/~kherani/pdfs/2003-Kosteski-Tritiated%20amorphous%20silicon%20betavoltaic%20devices.pdf

https://www.nature.com/articles/srep05249
  1. U.S. Air Force Research Laboratory http://www.wpafb.af.mil/afrl/
  2. Scientists Invent 30 Year Continuous Power Laptop Battery, NextEnergyNews, 1. Oktober 2007
  3. [1] auf www.citylabs.net; Abgerufen am 16. Februar 2015